JP6530293B2 - クリーニングブレード - Google Patents

Description

本発明は、普通紙複写機、普通紙ファクシミリ、レーザービームプリンターなどの静電方式の画像形成装置において感光体表面の残存トナーを除去するクリーニングブレードに関するものである。

近年、画像形成装置においては、微粒子トナーである重合トナーを使用することが主流となっている。重合トナーは、従来から使用されていた粉砕法トナーに比べて、画像の鮮明化が可能である。しかしながら、その形状（略球状）および微小粒径に起因して、クリーニング時に重合トナーのすり抜けが発生し、クリーニング不良が発生する場合がある。したがって、重合トナーを使用する場合、クリーニングブレードのクリーニング性をさらに向上することが必要不可欠となる。

また、画像形成装置に使用される各ユニットのロングライフ化の傾向が顕著であり、クリーニングブレードも長期間にわたって使用されるため、クリーニングブレードにも高耐久化が要求されている。

例えば、下記特許文献１では、ポリオール、イソシアネート化合物を少なくとも含むポリウレタン組成物を硬化・成形してなる注型タイプのポリウレタン部材からなるものであり、ポリウレタン部材が外径０．５μｍ以上１２μｍ未満のハードセグメント凝集体を含み、且つハードセグメントの外径をａ（μｍ）とし、その個数をｂ（個）としたとき、１０００μｍ^２あたりのａ×ｂが７０以上１０５０未満であるクリーニングブレード部材が記載されている。

また、下記特許文献２では、少なくとも被クリーニング部材と接触する部分が、ポリウレタンゴムを含有し且つ示差走査熱量測定による吸熱ピークトップ温度を１８０℃以上２２０℃以下の範囲に持つ部材で構成されるクリーニングブレードであって、該ポリウレタンゴムがハードセグメントとソフトセグメントとを有し、ハードセグメントの凝集体の平均粒子径が５μｍ以上２０μｍ以下であり、且つハードセグメントの凝集体の粒度分布（標準偏差σ）が２以上であるクリーニングブレードが記載されている。

特開２０１０−１３４１１１号公報 特開２０１４−６６７８７号公報

しかしながら、本発明者らが前記特許文献に記載の発明について検討したところ、これらの発明に係るクリーニングブレードは、球状かつ小粒径トナーのクリーニングに必要な高硬度化が困難であるため、特にクリーニング性の点でさらなる改良の余地があった。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、クリーニング性が良く、耐久性に優れたクリーニングブレードを提供することにある。

本発明に係るクリーニングブレードは、静電転写プロセスを利用した画像形成装置に使用するポリウレタン弾性体を備えるクリーニングブレードであって、前記ポリウレタン弾性体が、エッジ層と基材層とを有する２層以上の積層構造を有し、前記エッジ層が、ジイソシアネート化合物、２官能ポリエステルポリオール、トリメチロールプロパン、および１，４−ブタンジオールを反応させることにより得られたポリウレタンであり、前記ジイソシアネート化合物の数平均分子量をＭａ、重量比をａ（ただし、前記エッジ層を構成するポリウレタンの全量を１とする）、２官能ポリエステルポリオールの重量比をｂ、トリメチロールプロパンの分子量をＭｃ、重量比をｃ、および１，４−ブタンジオールの重量比をｄとしたとき、下記式（１）で表される、前記エッジ層を構成するポリウレタンのハードセグメント凝集体の割合（Ｗ_Ｈｓ）が４０重量％以上であり（ただし、前記エッジ層を構成するポリウレタンの全量を１００重量％とする）、
（Ｗ_Ｈｓ）＝１００（ａ−１．５Ｍａ（ｃ／Ｍｃ）＋ｄ）／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ） （１）
かつ前記ハードセグメント凝集体の全量を１００重量％としたとき、平均粒径が２０〜８０μｍであるものの割合が５０〜１００重量％であることを特徴とする。

上記のクリーニングブレードにおいては、エッジ層を構成するポリウレタンがジイソシアネート化合物、２官能ポリエステルポリオール、トリメチロールプロパン、および１，４−ブタンジオールを反応させることにより得られ、そのハードセグメント凝集体の割合（Ｗ_Ｈｓ）が４０重量％以上であり、かつハードセグメント凝集体の全量を１００重量％としたとき、平均粒径が２０〜８０μｍであるものの割合が５０〜１００重量％である。これにより、エッジ層の高硬度化を図り、クリーニングブレードのクリーニング性を高めつつ、耐久性を向上することができる。

前記クリーニングブレードにおいて、前記基材層が、ポリテトラメチレンエーテルグリコールを含有するポリオール成分と、トリレンジイソシアネートを含有するイソシアネート成分と、３官能の架橋材と、を反応させることにより得られたポリウレタンであることが好ましい。前記各材料を反応させることにより得られるポリウレタンにより基材層を構成した場合、基材層が高弾性かつ低温度依存性を発現することとなり、その結果、積層クリーニングブレードの耐久性をさらに高め、かつクリープ性を向上することができる。

本発明に係るクリーニングブレードは、金属板からなる支持体と、ポリウレタン弾性体と、支持体およびポリウレタン弾性体を接着する接着剤層と、を備える。本発明においては、特にポリウレタン弾性体として、エッジ層と基材層とを有する２層以上の積層構造を有するものを使用する（３層以上の積層構造とする場合は、基材層を２層以上で構成するものとする）。画像形成装置にて、残留トナーをクリーニングブレードによりクリーニングする場合は、上記エッジ層のエッジが像担持体に当接し、残留トナーを掻き取ることでトナーのクリーニングが行われる。

本発明においては、エッジ層を構成するポリウレタンがジイソシアネート化合物、２官能ポリエステルポリオール、トリメチロールプロパン、および１，４−ブタンジオールを反応させることにより得られる。そして、ジイソシアネート化合物の数平均分子量をＭａ、重量比をａ（ただし、エッジ層を構成するポリウレタンの全量を１とする）、２官能ポリエステルポリオールの重量比をｂ、トリメチロールプロパンの分子量をＭｃ、重量比をｃ、および１，４−ブタンジオールの重量比をｄとしたとき、下記式（１）で表される、エッジ層を構成するポリウレタンのハードセグメント凝集体の割合（Ｗ_Ｈｓ）が４０重量％以上であり（ただし、エッジ層を構成するポリウレタンの全量を１００重量％とする）、かつハードセグメント凝集体の全量を１００重量％としたとき、平均粒径が２０〜８０μｍであるものの割合が５０〜１００重量％である。このように、エッジ層を構成するポリウレタンとして、ハードセグメント比が高く、かつハードセグメント凝集体の粒子径を比較的大きい範囲に調整することにより、エッジ層材料の高硬度化を実現し、クリーニング性を特に高めることができる。

エッジ層を構成するイソシアネート成分としては、主としてジフェニルメタンジイソシアネート（ｐ−ＭＤＩ）を使用する。イソシアネート成分として使用可能な他のイソシアネートとしては、トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）、１，６−ヘキサメチレンジイソシアネート、２，２，４（２，４，４）−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、ｐ−フェニレンジイソシアネート、４，４’−ジシクロヘキサメチレンジイソシアネート、３，３’−ジメチルジフェニル４，４’−ジイソシアネート、ジアニシジンジイソシアネート、ｍ−キシレンジイソシアネート、テトラメチルキシレンジイソシアネート、イソフォロンジイソシアネート、１，５−ナフチレンジイソシアネートなどが挙げられる。

エッジ層を構成する２官能ポリエステルポリオールとして、ポリカプロラクトンポリオール、ポリエステルポリオールあるいはポリテトラメチレンエーテルグリコールを使用することができるが、エッジ層の耐摩耗性を考慮した場合、好適にはポリカプロラクトンポリオールを使用可能である。ポリカプロラクトンポリオールは、エチレングリコール、１，３−プロピレングリコール、１，４−ブタンジオール、１，５−ペンタンジオール，１，６−ヘキサンジオール、ジエチレングリコールなどの直鎖状グリコール；１，２−プロピレングリコール、１，３−ブタンジオール、ネオペンチルグリコールなどの側鎖含有グリコールなどを開始剤として、ε−カプロラクトンを開環付加させることにより得ることができる。これらの開始剤を使用したポリカプロラクトンポリオールは、周知の方法により製造することができる。

エッジ層においてポリカプロラクトンポリオールを使用することにより、耐摩耗性に優れたポリウレタン弾性体からなるクリーニングブレードを製造することができる。ただし、本発明の効果を損なわない範囲において、ポリカプロラクトンポリオールに加えて他のポリオール化合物を限定なく使用することができ、ポリカプロラクトンポリオール以外のラクトン系ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオールなどが例示される。

エッジ層を構成する材料として、本発明では、ジイソシアネート化合物および２官能ポリエステルポリオールに加えて、架橋材としてのトリメチロールプロパン、さらに鎖延長材としての１，４−ブタンジオールを使用する。そして本発明においては、下記式（１）で計算される、エッジ層を構成するポリウレタンのハードセグメント凝集体の割合（Ｗ_Ｈｓ）が４０重量％以上となる点が第１の特徴である。
（Ｗ_Ｈｓ）＝１００（ａ−１．５Ｍａ（ｃ／Ｍｃ）＋ｄ）／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ） （１）

さらに、本発明においては、ハードセグメント凝集体の全量を１００重量％としたとき、平均粒径が２０〜８０μｍであるものの割合が５０〜１００重量％である点が第２の特徴である。前記第１の特徴および第２の特徴を備えることにより、本発明に係るクリーニングブレードは、エッジ層の高硬度化が可能となり、耐久性およびクリーニング性が向上する。なお、ポリウレタンのハードセグメント凝集体の平均粒径の測定方法については後述する。

本発明においては、基材層を構成するイソシアネート成分として、主としてＴＤＩを使用する。ＴＤＩには、２，４−トリレンジイソシアネート（２，４−ＴＤＩ）と、２，６−トリレンジイソシアネート（２，６−ＴＤＩ）とが有るが、本発明においてはどちらか一方のみを用いても良いし、混合して用いても良い。イソシアネート成分として使用可能な他のイソシアネートとしては、ｐ−ＭＤＩ、１，６−ヘキサメチレンジイソシアネート、２，２，４（２，４，４）−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、ｐ−フェニレンジイソシアネート、４，４’−ジシクロヘキサメチレンジイソシアネート、３，３’−ジメチルジフェニル４，４’−ジイソシアネート、ジアニシジンジイソシアネート、ｍ−キシレンジイソシアネート、テトラメチルキシレンジイソシアネート、イソフォロンジイソシアネート、１，５−ナフチレンジイソシアネートなどが挙げられる。ただし、低温低湿度環境下（温度１０℃、湿度１５％）での反発弾性を考慮した場合、基材層を構成するイソシアネート成分として、ＴＤＩを９０重量％以上含有することが好ましく、ＴＤＩのみを含有することがより好ましい。

基材層を構成するポリオール成分として、主としてポリテトラメチレンエーテルグリコールを使用することが好ましい。ポリテトラメチレンエーテルグリコールと後述するＴＤＩとを反応させることにより得られたポリウレタンでは、低温環境下での反発弾性の低下が抑制可能となる。低温環境下での反発弾性を考慮した場合、ポリテトラメチレンエーテルグリコールの数平均分子量は、５００〜３０００であることが好ましく、１０００〜２０００であることがより好ましい。

基材層を構成するポリオール成分として、ポリテトラメチレンエーテルグリコール以外にポリカプロラクトンポリオールあるいはポリエステルポリオールなど含有しても良いが、低温低湿度環境下での反発弾性を考慮した場合、基材層を構成するポリオール成分として、ポリテトラメチレンエーテルグリコールのみを含有することが好ましい。

基材層のポリウレタンを製造する際、ポリテトラメチレンエーテルグリコールおよびＴＤＩとともに使用される３官能の架橋材としては、トリエタノールアミン（以下、「ＴＥＡ」とも言う）、トリメチロールプロパン（以下、「ＴＭＰ」とも言う）、グリセリンなどが挙げられる。ポリウレタンの耐ヘタリ性を考慮した場合、これらの中でもＴＥＡを使用することが好ましい。

基材層のポリウレタンを製造する際、上記ポリテトラメチレンエーテルグリコール、ＴＤＩおよび３官能の架橋材に加えて、必要に応じて鎖延長材を使用しても良い。鎖延長材としては、ポリウレタンの技術分野において公知の鎖延長材を使用することができ、具体的にはエチレングリコール、１，３−プロピレングリコール、１，４−ブタンジオール、ジエチレングリコール、ネオペンチルグリコールなどのグリコール；エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、４，４’−ジアミノジフェニルメタン、ｍ−フェニレンジアミン、３，３’−ジクロロ−４，４’ジアミノジフェニルメタン（ＭＯＣＡ）、３，５−ジエチル−２，４−トルエンジアミン、３，５−ジエチル−２，６−トルエンジアミン、３，５−ビス（メチルチオ）−２，４−トルエンジアミン、３，５−ビス（メチルチオ）−２，６−トルエンジアミンなどのジアミンを例示することができる。ポリウレタンの物性を考慮した場合、これらの中でも、ＭＯＣＡ、３，５−ビス（メチルチオ）−２，４−トルエンジアミンおよび３，５−ビス（メチルチオ）−２，６−トルエンジアミンが好ましく、環境面での安全性を考慮した場合、３，５−ビス（メチルチオ）−２，４−トルエンジアミンおよび３，５−ビス（メチルチオ）−２，６−トルエンジアミンが特に好ましい。

本発明に係る基材層およびエッジ層を構成するポリウレタンを製造する際、ポリオール成分、イソシアネート成分、架橋材および鎖延長材を含有するポリウレタン原液中のＮＣＯ／ＯＨ等量比（ＮＣＯインデックス）は、０．９０〜１．２０であることが好ましく、０．９５〜１．１５であることがより好ましい。

エッジ層および基材層を構成するポリウレタンは、ポリオール成分とイソシアネート成分とをそのまま反応させることにより製造することができるが、ポリオール成分の少なくとも一部とイソシアネート成分とで予めプレポリマーを作成し、このプレポリマーと、残りのポリオール成分、架橋材および鎖延長材を含有する硬化材成分と、を反応させるものであっても良い。

使用される製品の仕様により異なるが、本発明においては、クリーニングブレードを構成するポリウレタン弾性体の厚みとして１．８ｍｍ、そのうちエッジ層の厚みが０．５ｍｍ、基材層の厚みが１．３ｍｍのものが例示される。

本発明に係るクリーニングブレードは、例えば以下の成形工程を有する製造方法により製造することができる。

１）ポリオール成分、イソシアネート成分、架橋材および鎖延長材を含有するポリウレタン原液をシート状に注型して反応硬化させて原反シートとし、該原反シートを裁断してポリウレタン弾性体とする。なお、エッジ層を構成するポリウレタンを反応硬化させる際の温度（硬化温度）は、１２０℃以下が好ましく、１１０℃以下がより好ましい。低い硬化温度（＝成形温度）でエッジ層構成ポリウレタンを製造することにより、そのハードセグメント凝集体割合を高め、その平均粒径を所望の範囲に調節することができる。硬化温度下限についてはポリウレタンが反応硬化する温度であれば特に制限はないが、例えば８０℃程度が例示される。なおシート成形においては、一般に遠心成形法が使用される。

２）ポリウレタン弾性体を画像形成装置に装着するための支持体（金具など）に接着剤などにより接着してクリーニングブレードとする。

以下、本発明の構成と効果を具体的に示す実施例などについて説明する。なお、実施例などにおける評価項目は下記のようにして測定を行った。

（１）硬度
ポリウレタンの硬度（°）は、ＪＩＳ−Ｋ ６２５３に準拠して、２３℃にて測定した。なお、硬度はエッジ層６層および基材層６層を交互に積層した計１２層の積層体を作成し、エッジ層側および基材層側の両方向から測定した。エッジ層側から測定した硬度を硬度Ｘ、基材層側から測定した硬度を硬度Ｙとする。

（２）反発弾性
ポリウレタンの反発弾性（％）は、ＪＩＳ−Ｋ ６２５５に準拠して、２３℃にて測定した。なお、反発弾性はエッジ層６層および基材層６層を交互に積層した計１２層の積層体を作成し、エッジ層側および基材層側の両方向から測定した。エッジ層側から測定した反発弾性を反発弾性Ｘ、基材層側から測定した反発弾性を反発弾性Ｙとする。

（３）機械物性
ポリウレタンのヤング率（ＭＰａ）についてはＪＩＳ Ｋ６２５４に準拠し、永久伸び（％）についてはＪＩＳ Ｋ６２７３に準拠し、それぞれ２３±３℃にて測定した。

（４）クリーニング性
製造したクリーニングブレードサンプルを低温低湿環境下（温度１０℃、湿度１５％）でクリーニング評価を行った。評価方法は、印刷枚数１００枚時点において、クリーニング後にトナーのすり抜け（クリーニング不良）が発生した枚数を基に評価した。クリーニング不良の発生枚数が１枚以下（発生率１％以下）の場合を○（クリーニング性優秀）とし、クリーニング不良の発生枚数が２枚以上（発生率２％超）の場合を×（クリーニング性不良）とした。

（５）耐久性
得られたクリーニング・ブレードをミノルタ（株）製の普通紙用複写機に装着し、常温常湿下（温度２３℃、湿度６５％）にブラツク／ホワイト７％文字チャートを被複写画像として、毎分２５枚の割合にて連続して行ない、クリーニングブレードのエッジの欠損の磨耗量が５０μｍまで達する時間を２０時間毎にチェックした。到達時間が１００時間以上を〇（耐久性良い）、１００時間未満を×（耐久性悪い）とした。

（６）ハードセグメント凝集体の平均粒径
ＫＥＹＥＮＣＥ社製、ＶＫ−Ｘ２００を用いてクリーニングブレード表面を原寸の２００倍で観察し、１ｍｍ×１．４ｍｍの領域内に存在するハードセグメントを任意に５０個抽出してその粒子径の平均を測定した。

（７）数平均分子量
数平均分子量は、ＧＰＣ（ゲル・パーミエーション・クロマトグラフィ）にて測定し、標準ポリスチレンにより換算した。
ＧＰＣ装置：島津製作所製、ＬＣ−１０Ａ
カラム：Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ社製、（ＰＬｇｅｌ、５μｍ、５００Å）、（ＰＬｇｅｌ、５μｍ、１００Å）、及び（ＰＬｇｅｌ、５μｍ、５０Å）の３つのカラムを連結して使用
流量：１．０ｍｌ／ｍｉｎ
濃度：１．０ｇ／ｌ
注入量：４０μｌ
カラム温度：４０℃
溶離液：テトラヒドロフラン

ポリウレタンＡ〜Ｄの製造例
表１に記載の配合比率にて、イソシアネート基末端のプレポリマー１および２を製造した。なお、プレポリマー１に関しては、各成分の配合量はプレポリマーの全量を１００重量％としたときの比率で表し、プレポリマー２に関しては、各成分の配合量はＰＴＭＧ−１００Ｓを１００重量部としたときの比率で表す。プレポリマー１および２に表１に記載の配合比率にてポリオール成分、架橋材および／または鎖延長材を反応させることにより、ポリウレタンＡ〜Ｄを製造した。

実施例１〜２
ポリウレタンＡ〜Ｃの原料となるポリウレタン原液を用いて遠心成形法により、０．５ｍｍ厚みを有するポリウレタンＡ，Ｂ，またはＣからなるエッジ層を製造した。

さらに、ポリウレタンＤの原料となるポリウレタン原液を、予め製造したエッジ層の内周側に投入し、遠心成形法により、１．３ｍｍ厚みを有するポリウレタンＤからなる基材層を製造した。結果を表２に示す。

比較例１
エッジ層および基材層をいずれもポリウレタンＡ，Ｂ，Ｃ，またはＤ単層で構成した以外は、実施例１〜２と同様の手法によりクリーニングブレードサンプルを作成した。結果を表２に示す。

使用した各原料は以下のとおりである。
ｐ−ＭＤＩ；三井化学社製
コロネートＴ−８０（２，４−ＴＤＩ／２，６−ＴＤＩ＝８０／２０）；東ソー社製
ＰＣＬ２０００（直鎖状グリコールを開始剤とするポリカプロラクトンジオール、数平均分子量２０００）；ダイセル化学工業社製
ＰＴＭＧ−１０００Ｓ（ポリテトラメチレンエーテルグリコール、数平均分子量１０００）；三菱化学社製
ＰＣＬ４０００（直鎖状グリコールを開始剤とするポリカプロラクトンジオール、数平均分子量４０００）；ダイセル化学工業社製
ＴＭＰ（トリメチロールプロパン）；三菱ガス化学社製
ＢＤ（１，４−ブタンジオール）；ＢＡＳＦ出光社製
エタキュア３００（３，５−ビス（メチルチオ）−２，４−トルエンジアミンおよび３，５−ビス（メチルチオ）−２，６−トルエンジアミンの混合物）；アルベマール社製

Claims (2)

1. 静電転写プロセスを利用した画像形成装置に使用するポリウレタン弾性体を備えるクリーニングブレードであって、
   前記ポリウレタン弾性体が、エッジ層と基材層とを有する２層以上の積層構造を有し、
   前記エッジ層が、ジイソシアネート化合物、２官能ポリエステルポリオール、トリメチロールプロパン、および１，４−ブタンジオールを反応させることにより得られたポリウレタンであり、
   前記ジイソシアネート化合物の数平均分子量をＭａ、重量比をａ（ただし、前記エッジ層を構成するポリウレタンの全量を１とする）、２官能ポリエステルポリオールの重量比をｂ、トリメチロールプロパンの分子量をＭｃ、重量比をｃ、および１，４−ブタンジオールの重量比をｄとしたとき、下記式（１）で表される、前記エッジ層を構成するポリウレタンのハードセグメント凝集体の割合（Ｗ_Ｈｓ）が４０重量％以上であり（ただし、前記エッジ層を構成するポリウレタンの全量を１００重量％とする）、
   （Ｗ_Ｈｓ）＝１００（ａ−１．５Ｍａ（ｃ／Ｍｃ）＋ｄ）／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ） （１）
   かつ前記ハードセグメント凝集体の全量を１００重量％としたとき、平均粒径が２０〜８０μｍであるものの割合が５０〜１００重量％であることを特徴とするクリーニングブレード。
2. 前記基材層が、ポリテトラメチレンエーテルグリコールを含有するポリオール成分と、トリレンジイソシアネートを含有するイソシアネート成分と、３官能の架橋材と、を反応させることにより得られたポリウレタンである請求項１に記載のクリーニングブレード。